SkechUP和ArcEngine二三维联动系统探讨

第35卷第5期2010年9月测绘科学Sc i ence o f Survey ing and M app i ngV o l 35N o 5Sep作者简介:丁宁(1961 ),男,副教授,主要研究方向为空间信息分析技术在城市建设中的应用。

E ma i:l d i ngn i ng0423@si na com 收稿日期:2009 02 06基金项目:建设部研究开发项目(编号06 K 9 8)通讯作者:孙英君E ma i:l q i ngdao sy@j yahoo co m cnSkech UP 和ArcEngine 二三维联动系统探讨丁 宁,孙英君,郝光荣,王 倩(山东建筑大学土木学院,济南 250014)摘 要 目前,较为成熟的三维建模软件如3D M ax 等,能够得到较为精美的三维模型,但缺乏一定的空间分析功能。

地理信息系统软件具备较为理想的空间分析功能,但已发展的三维模块,在可视化上欠缺美观及真实感。

此外,单方面依赖于三维系统,往往令使用者无法纵览全局,造成一定的迷失感。

本文通过二三维联动的方式解决上述问题。

利用Sketch U p 进行三维模型的建设,并作为符号导入到符号库,进行三维模型的批量生产。

关键词 二维;三维;Ske tch U p ;A rcEng ine ;联动系统中图分类号 P208 文献标识码 A 文章编号 1009 2307(2010)05 0183 021 引言随着现代生活的飞速发展,人们对自身生活环境的了解不再仅停留在原有的数字地图或平面图上,而是要求一个直观的、现实的感受。

三维可视化技术应运而生,以其现实性、直观性和逼真的视觉效果受到了人们的日益青睐,特别在城市规划设计、军事指挥、城市仿真等中得到了广泛的应用。

国内外的大学、公司、研究所陆续开发了一些三维的建模软件,如M ulti gen C rea tor ,3DM AX,Cybe r C ity G IS 等。

这些系统和软件都具有对三维模型进行创建、管理的能力,且三维模型具有较强的真实感。

但在软件的分析功能方面,由于三维数据模型等理论上的限制,分析功能的开发和交互操作还有待于进一步研究。

同时,一些G IS 系统软件,在原有二维G IS 中增加了三维功能,使其能够表达现实世界中的三维对象,如I M AG IS ,VRM AP,CC G IS 等三维G IS 软件。

原有的二维G IS 系统具有很强的分析能力,例如缓冲分析、路径分析、平面测量、搜索查询、渲染分析等,但扩展后的三维功能,在地貌表达上取得了较好的效果,而在地物的精细建模上缺乏足够的真实感和美感。

因此急需寻求解决这一问题的途径[1]。

此外,独立的二维系统和独立的三维场景都有着自身的不足之处。

二维系统有其宏观性、整体性、抽象性的优点,但由于我们生活在一个真三维的现实世界里,二维地图只对处于三维空间中的各种地理对象全部进行向二维平面投影的简化处理,导致第三维方向的几何位置信息、空间拓扑信息和部分语义信息的损失,不能完整地反映客观世界[2]。

同时二维地图的抽象多义性,给我们认识空间信息带来了一定的困难[3]。

三维虚拟场景虽然有逼真的视觉效果的优点,但也存在一些缺陷,其中一个重要方面是在三维虚拟场景漫游时容易产生迷失感。

用户往往只能看到视野范围中的物体,导致用户在漫游时缺乏整体感,常常迷失方向[4]。

因此有必要将二维与三维进行联动开发,在同一框架体系下充分发挥各自的优势,既具有强有力的三维沉浸感,同时还需要清晰的二维平面图提供全局的定位、部署,实现二、三维位置的联动定位和信息查询[5]。

2 联动原理二、三维联动就其内部的实现方式可以分为两大类:统一模型和消息驱动[5]。

1)统一模型最理想的方式是建立统一的数据模型,二维和三维数据是统一数据模型的投影,二维和三维界面是与用户进行交互的视图。

由于无论三维还是二维的数据修改均是对同一个数据模型的操作,因此系统容易保持数据的一致性。

但目前尚难以将二维的几何数据与三维的对象数据完全统一起来,二者之间仍然存在一定的差异。

2)消息驱动建立统一模型由于技术所限,目前还难以实现,因此可以采用松散的消息驱动方式来保持二、三维数据的一致性。

基于二维数据和三维数据所具有的统一坐标系,通过彼此之间坐标的对应关系来实现二三维的联动。

本文即采用该方式进行二三维系统的联动。

3 联动实现3 1 实现方式本文选用组件开发模式进行二三维联动的实现。

组件式G IS 的基本思想是把G IS 的各大功能模块划分为几个控件,每个控件完成不同的功能,各个G IS 控件之间,以及G IS 控件与其他非G IS 控件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的G IS 应用。

控件如同一堆各式各样的积木,他们分别实现不同的功能,根据需要把实现各种功能的 积木 搭建起来,就构成应用系统。

组件式的开发模式成本低,可扩展性强,开发周期相对较短。

文章选用A rc Eng i ne 提供的M apCon tro l 、SceneCon tro l 等组件,以及AO 组件库,在VB 开发环境下完成对山东建筑大学二三维联动系统的开发设计,系统开发采用DLL 技术使编写的代码实现重用与移植。

系统包括二维、三维两个测绘科学 第35卷视窗,三维为主,二维为辅,如图1所示。

3 2 二维空间建立校园基础地理信息库,该库主要存储两方面的内容: 校园基础地理信息:校园主要道路、水库及地形变化信息,这部分信息通过野外实际测量获取; 校内地面各种设施空间位置及属性信息:如照明系统、环卫系统、园林绿化系统及建筑物等。

同时,进行二维数字校园系统的功能开发,该系统应具备二维显示、查询、基本空间分析等功能。

3 3 三维空间1)三维场景建模三维场景建模在A rc G IS的三维扩展模块A rcScene下进行。

选取山东建筑大学共2000余个离散高程点用T I N构造校园地面高程模型(DE M)的建设。

将建成的DEM与quickb ird影像进行融合,作为三维场景。

2)三维地物建模地物建模选用的是Sketchup软件。

该软件是美国著名的建筑设计软件开发商是@A tlast Soft w are公司开发的。

选择该软件的原因是: Sketchup生成的模型非常精简,极其容易掌握,避免了初学者用其他软件学习复杂的建模技术,其设计理念是建筑创作上的一大革命,深得建筑行业认可,被建筑师称为最优秀的建筑草图工具; 该软件提供了G IS软件的模型接口,即利用sketchup建造的三维模型可以直接导入到G IS软件中。

建筑物高度按其层数粗略求算,并根据其屋顶形状人为的加一个修饰性的屋顶。

建筑物纹理采用地面摄影相片直接提取。

由于山东建筑大学主体建筑物数量有限,所以用相机拍摄建筑物侧面相片,然后用PhotoShop软件进行处理。

虽然该方法的获取速度较慢,且涉及数据量大,后续处理工作量也很大,但是这种方法建成的校园三维模型真实感强。

3 4 二三维空间的联动为充分发挥二、三维系统的优点,取长补短,本文选用A rcEng i nea进行二三维联动系统的开发,实现二三维显示、编辑的联动,及其二维空间分析结果的三维同现功能。

具体功能如下:用户在三维场景中漫游时,在二维地图中显示出相应的位置和视野; 在二维地图中改变观察点时,相应地在三维虚拟场景中跳到对应的位置,在三维虚拟场景中改变观察点时,在二维地图中也跳到对应的位置; 二维地图中目标被选中时,三维虚拟场景中对应的目标高亮显示,三维虚拟场景中的目标被拾取时,二维地图中的对应目标高亮显示; 在二维地图中选择一块区域后,能够在三维虚拟场景中显示该区域的三维场景; 可在二维地图中指定一条路径,相应地在三维虚拟场景中沿这条路径飞行漫游; 二维地图被编辑修改后,三维虚拟场景要实时地做相应的变化。

三维虚拟场景被编辑修改后,二维地图也要实时地做相应的变化; 在二维窗口进行基本的空间分析功能后,能够将对应的结果实时的显示在三维视窗。

图2是以缓冲区分析为例在二维视窗的分析结果,同时显示在三维场景下。

4 结束语当今的世界是 数字 的世界,随着软件技术的不断完善,三维景观将具有非常广阔的发展前景。

虚拟现实技术、三维可视化技术、地理信息技术完美结合是一个全新的领域,目前各项工作都处于探索和实验阶段[6]。

本文利图1 二、三维联动系统 图2 二三维联动系统空间 主界面 分析示例 缓冲区分析用二三维联动的方式集成目前二三维系统各自的优点,实现精美三维模型与空间分析的一体化。

利用作为鹰眼的二维地图进行三维系统的导航,有效解决了三维系统容易迷失的缺点。

系统在开发过程中也遇到一些问题,例如在将Skech U p建模导入到A rcSDE后,存在部件丢失的情况,留待进一步的研究。

参考文献[1]刘东琴,徐文中,林宗坚 城市空间二维信息系统与三维虚拟场景一体化研究与应用[J] 测绘科学,2007,32(1)[2]肖乐斌 基于栅格框架的三维G IS集成数据模型与空间分析研究[D] 北京:中国科学院地理研究所,1999[3]黄健熙,郭利华,龙毅,毋河海 二维地图与三维虚拟场景的互响应设计与实现[J] 测绘信息与工程,2003,28(1)[4]董卫红 二维与三维信息互响应技术研究[J] 内江科技,2008,1[5]尹文生,代丽红,李世其 基于MFC和V ega的二三维联动视景仿真系统[J] 计算机仿真,2005,22(5) [6]李长春,张光胜,何容 基于Superna t ura l G IS数字校园建设研究[J] 矿山测量,2007,(2)The research and app lication of2D and3D i n terac ti ve syste m based on SketchU p and A rc E ngi n e Abstrac t:T he paper developed t he2D and3D Interacti ve Syste m to un ify t he advantages and disadvantages of3D da ta mode li ng T he new syste m was estab lished w ith the m a i n i nterface of3D and the Eye V ie w o f2D Based on the m a t ure3D soft w are Sketch U p, the researcher got the e le m en tary3D m ode l as the ite m inpu t t he sy m bo l database,and chose A rcEng ine as the deve loped too l for an i n teracti ve sy stem of2D and3D B esi des,the resu lt of spa tia l analysis acqu ired i n2D system can be re flected i n3D syste m The case study w as the2D and3D Interacti ve Syste m of t he Shandong Jianzhu ca m pus T he i nte rface o f each f unc tion has been shown at t he end o f the paperK ey word s:2D;3D;Ske tch U p;A rc Eng i ne;i nte ractive syste mD I NG N ing,SU N Ying jun,H AO Guang rong,WAN G Q ian(D epart m ent o f C i v il Eng i neer i ng,Shandong J i anz hu U niversity,Ji nan250014,Ch i na)184。